專利名稱：太陽能光電板組串發電監測裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及電源監控技術，尤其涉及一種可獨立使用或安裝在電源開關箱內 部監測電壓、電流、功率、實功等電力信息，而在液晶顯示器上顯示監控數據，或通過無線或 有線通訊模塊與外部控制器雙向傳遞的電源監控裝置。
背景技術：
現今已知的直流回路測量方法，大都是單一回路測量，不能同時測量多組回路 (如，10組)及各回路的總和電能、電力的設計，也不能使用電源及測量范圍能從70V 900V這么寬廣的量程。另外，一般能處理很寬廣的電流量程和很寬廣的溫度范圍，并仍保有一定準確度， 都必須通過儀器級的電路設計及應用，若再將多組測量電路集中在一起，必然會使得體積 變得非常龐大，而且整體電路成本也相對偏高，以致根本不符合實用性及經濟性的要求。
實用新型內容本實用新型的目的主要在于提供一種太陽能光電板組串發電監測裝置，其包括一 片易于裝配的底板、一片測量板以及一片控制板，為適合本裝置在太陽能光電板的發電集 中箱內(一般稱為直流箱或DC箱)，能供測量每一個組串的發電電壓、電流、功率及累計的 發電量，進而判斷各組串的發電量是否正常合理，可快速找出低效率的光電板或故障回路， 借此確保每片光電板均能正常發電。本實用新型的次要目的，在于提供一種太陽能光電板組串發電監測裝置，能通過 控制中心從遠程搜集每一串光電板的發電數據而完成統計和分析工作，進而判斷各回路轉 換及傳輸效率。本實用新型的又一目的，在于提供一種太陽能光電板組串發電監測裝置，能就地 實時自動計算并顯示每一組串的發電功率及發電百分比，并經由預先所設定的下限發電量 百分比值自動判斷，若低于所設定的值，將顯示閃爍指示燈，能在現場用低廉的成本就能立 即指引巡視人員找出故障或低效率的光電板之所在。本實用新型的另一目的，在于提供一種太陽能光電板組串發電監測裝置，其所使 用的電源直接由光電板的電源所提供，無需額外配置外部電源，并使用無線Zigbee通訊模 塊，讓測量、信息搜集等全無線化。減少按裝配線的工程及線材，同時也讓系統維護更簡單、 更有效率，增加應用上的方便性和可靠性。本實用新型的再一目的，在于提供一種太陽能光電板組串發電監測裝置，其電源 供應是直接取自光電板的發電電壓，故具有很寬廣(70V 900V)的工作電壓范圍技術和非 常低的功耗，且其測量電路能適應很寬廣的電壓及電流量量程和寬廣的工作溫度范圍。為實現上述目的，本實用新型的技術方案如下一種太陽能光電板組串發電監測裝置，該發電監測裝置包含一片裝配用的底板、 一片含有電源供應和多組發電回路監測的測量板、一片具有顯示操作和通訊的控制板，將所述三者結合成一體；所述底板設于最下層，并固定在密閉的箱體內或集中配電箱內，于所 述底板上放置一片測量各組串電力信息及電源供應的測量板，其中電源供應來自電源端子 座輸入而取得，而各組串的電力測量從光電板組串的負端端子座取得，所述測量板為監測 由端子多個組串的每一組輸入電流及功率，而將多組電流匯合到電源端子座的負端輸出， 光電板發電正極電源端子臺的正端則取自各組串的正端并聯后的總電壓，該電壓除被測量 獲取電壓、功率、電能監測信息外，并能經由轉換提供所需的工作電源。其中，所述含有電源供應和多組發電回路監測的測量板上設有RS-485通訊接口 和異常狀態指示的外接端子。所述具有顯示操作和通訊的控制板為人機操作面板，并設有能夠輪流顯示所有測 量及設定信息的液晶顯示屏LCD，且于操作按鍵區設有多個可輪顯LCD信息及設定使用的 觸控鍵。所述具有顯示操作和通訊的控制板設有Zigbee通訊模塊接口，并使用Zigbee無 線方式及自動跳接所組成的網絡。所述發電監測裝置的最上層裝設有一片防觸電透明面板。所述密閉的箱體或集中配電箱內設有保護開關及正極電源并聯及防逆裝置，以及 匯集后連接到后端變流器的輸出端子。所述發電監測裝置主要包括如下功能模塊各光電板組串輸入電流檢測及分時切 換、組串電流模擬信號倍率控制、組串電流模擬信號交流化處理、各組串電能測量、光電板 正極電源輸入及電源供應轉換、各組串負極電源并聯輸出及倍率控制、總合電流模擬信號 交流化處理、總合電能測量、RS-485通訊接口、電壓模擬信號倍率處理及交流化處理、IXD 顯示及推動、Zigbee無線通訊接口、微處理器及外圍、功能指示及操作接口。所述發電監測裝置外部待測的光電板組串的負極接到各光電板組串輸入電流檢 測及分時切換電路，經由其內部電流檢測用電阻，以檢測各組串電流的模擬信號，此多組信 號經由多任務分時切換，分時處理每一個組串的電流信號，經由分時切換后的信號通過各 光電板組串輸入電流檢測及分時切換電路的倍率控制，得到直流準位，再將直流信號轉變 為正負半周對稱的交流信號，最后再將此對稱化的交流信號加到各組串電能測量，而各組 串負極電源并聯輸出及倍率控制將各組串的電流并聯，得到總合的電流檢測信號，并經過 倍率控制得到直流準位，該信號再經由總合電流模擬信號交流化處理，將直流信號轉換為 正負半周對稱的交流信號，然后加到總合電能測量電路。所述外部光電板的正極電源接到光電板正極電源輸入及電源供應轉換，經由電源 轉換得到直流12V、5V、3. 3V、-5V或-IV的電壓，同時光電板的正極電源經由分壓，而進行電 壓模擬信號倍率控制及交流化處理，而各光電板組串輸入電流檢測及分時切換電路，其外 部待測量光電板發電組串的每一串負極，依序接到匹配的端子，形成多串的電流檢測回路， 而每一串回路都經過一個檢測電阻后并接在一起。所述組串電流模擬信號倍率控制電路，包含一運算放大器，該組串電流模擬信號 交流化處理電路的電路結構進一步由運算放大器和電子式模擬開關集成電路IC所組成； 又各組串電能量測電路包含一電能測量處理IC，能將電流及電壓相乘，并以脈沖信號方式 輸出，而其中多組光電板串接后的負極接到光電板各組串的負極端子臺后，且使用電流檢 測電阻并接到光電板各組串總和端子臺的負極端子，以完成各組串負極電流并接及電流測
5量信號取得，所述源供應直接來自待測光電板的發電電壓，其范圍在70V 900V之間，其中 多組光電板串接后的負極，每一回路都經過一個檢測電阻后并接在一起，每一回路的電流 經過所述檢測電阻后，便得到一個模擬電壓值，配合使用模擬開關IC，分時選擇某一串的發 電電流信號，經放大及對稱交流化處理，再送到電能IC，以轉換得到各組串功率及各組串分 時累計發電量，再計算出各組串的發電量百分比用，而組串電流模擬信號的交流處理電路， 其電路結構是由運算放大器和電子式模擬開關IC所組成。本實用新型所述的太陽能光電板組串發電監測裝置，具有下列優點應用本實用新型的發電監測裝置，將所述裝置安裝于發電集中箱內，通過測量太 陽能光電板組串的每一個組串發電電壓、電流、功率及累計發電量，能夠判斷各族串的發電 量是否正常，并能快速找出低效率的光電板或定位故障回路，以此確保每片光電板均能正 常工作；還能夠通過控制中心從遠程搜集每一串光電板的發電數據而完成統計和分析工 作，進而判斷各回路轉換及傳輸效率；通過利用微處理器對測量值進行運算，能就地實時 自動計算并顯示每一組串的發電功率及發電百分比，并經由預先所設定的下限發電量百分 比值自動判斷；通過使用無線Zigbee通訊模塊，進一步讓測量、信息搜集等全無線化，并 可減少按裝配線的工程及線材，同時也讓系統維護更簡單、更有效率，增加應用上的方便性 和可靠性。另外，該發電監測裝置的電源供應直接取自光電板的發電電壓，故具有很寬廣 (70V 900V)的工作電壓范圍技術和非常低的功耗，且其測量電路能適應很寬廣的電壓及 電流量量程和寬廣的工作溫度范圍。
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圖1為本實用新型的外觀組成示意圖； 圖2為本實用新型的整體結構展開狀態圖； 圖3為本實用新型置放在直流集中箱的配線示意圖； 圖4為本實用新型的功能方框圖； 圖5為本實用新型的電路圖一； 圖6為本實用新型的電路圖二 ； 圖7為本實用新型的電路圖三； 圖8為本實用新型的電路圖四。部件名稱
11、裝配用底板
12、底板固定孔
13、電源轉換及測量板
14、光電板發電正極電源端子臺
15、光電板各組串并聯總和負極端子臺
16、光電板各組串的負極端子臺
17、RS-485通訊接口和異常指示外接端子臺
18、無線通訊及操作控制板
19、IXD液晶顯示器 110、操作指示燈[0041]111、觸控操作按鍵112、Zigbee無線通訊模塊113、防觸電透明面板21、集中配電箱22、保護開關23、正極電源并聯及防逆裝置24、輸出端子25、組串監測裝置26、光電板的配置
具體實施方式
以下結合附圖及本新型的實施例對本實用新型作進一步詳細的說明。如圖1 圖2所示，本實用新型太陽能光電板組串發電監測裝置，其較佳實施方案 中，該裝置主要由一片裝配用的底板11、一片可測量10組串的測量板13及一片含有顯示、 操作、通訊模塊的控制板18所組成；可以單獨放在一個密閉的箱體內，也可以放置在上述 的集中直流配電箱內，再經由適當的連接，便可從近端或遠程達到監測各組串發電量的目 的。現有太陽能發電光電板，大概可分為硅晶光電板、薄膜光電板兩類，由于每片光電 板的電壓和電流都很小，故不適合直接將輸出就拉到變流器(將直流轉換成交流與市電并 聯)，以較高電壓的薄膜光電板為例，其每片大約只有100V/1.5A，為讓配置更經濟性，通常 會將光電板如6片或9片相串接變成一串600V或900V，再把各組串拉線集中到光電板附近 的一個配電箱內，然后在此配線箱內將各組串，如10組串都并接在一起，以增加其電流量 到15A(1.5AX 10)。換言之，該所稱的集中直流配電箱是被置放在所欲集中光電板發電量的 適當位置，利用光電板經由串接提高電壓，經由并接(并聯)提高電流，而達到適當的功率 輸出的目的。如圖1 圖2的本實用新型外觀和整體結構展開狀態圖所示，圖中最下層為一片 易于裝配用的底板11，底板11上面設置數個固定孔12，易于固定在密閉的箱體內或集中配 電箱21內，該底板11上面放置一片測量板13，測量板13最主要的作用是用于測量各組串 的電力信息，以及電源供應，其中電源供應來自電源端子座14輸入而取得，而各組串的電 力測量從光電板組串的負端端子座16取得；本實施例中共設計有10個組串的監測能力，換 句話說，本測量板13能監測由光電板各組串的負極端子臺16端子10個組串的每一組輸入 電流及功率，而其10組電流匯合到電源端子座15的負端輸出，而14的正端則取自各組串 的正端并聯后的總電壓，該電壓除被測量獲取電壓、功率、電能監測信息外，也能經由轉換 提供本實用新型所需的工作電源。測量板上的右下角還設有RS-485通訊接口和異常指示 外接端子17，能通過RS-485接口接線遠距監測各組串發電信息，也能近距觀察指示燈。最 上層為控制板1 8，為本實用新型的人機操作面板，在中間的LCD顯示器19，可輪流顯示所 有測量及設定的信息，指示燈區110共有6只指示燈，為加強本實用新型的信息顯示功能和 內容分項。操作按鍵區111，共有3只觸控鍵，用以輪顯IXD信息及設定之用。另為加強通 訊能力，還設有Zigbee通訊模塊接口 112，使用Zigbee無線及自動跳接形成網絡的功能，可
7以全不必配線就可實時取得各組串的發電數據。最上層則裝置一片防觸電透明面板113，以 供防止操作時誤觸電之用。圖3為本監測裝置在發電組串集中箱的內部配置及配線示意圖，集中配電箱21， 一般箱內就必須有保護開關22及正極電源并聯及防逆裝置23，以及匯集后欲連接到后端 變流器的輸出端子24等，而本實用新型的監測裝置25則被裝置在集中配電箱21的左下 角，負責光電板負極電源的并聯和測量及傳輸數據的工作。而各光電板的配置26，各光電板 的串接配線是在配線箱外施行，如第一組光電板串接后的正極、負極，分別接到圖中所示的 P1及N1，其余各組依此類推。這樣配線與舊式的集中箱完全相同，但因為有本實用新型組 串監測裝置25的加入，便可獲取大陽能發電廠所有發電光電板各組串的實時及累計發電 數據，進而確保發電效率和建置質量和事后維護的效率。圖4為本實用新型太陽能光電板組串發電監測裝置的組成架構功能方框圖，該裝 置主要包括各光電板組串輸入電流檢測及分時切換(方框31所示)、組串電流模擬信號倍 率控制(方框32)、組串電流模擬信號交流化處理(方框33)、各組串電能測量(方框34)、 光電板正極電源輸入及電源供應轉換(方框35)、各組串負極電源并聯輸出及倍率控制(方 框36)、總合電流模擬信號交流化處理(方框37)、總合電能測量(方框38)、RS-485通訊 接口(方框39)、電壓模擬信號倍率處理及交流化處理(方框310)、LCD顯示及推動(方框 311)、Zigbee無線通訊接口(方框312)、微處理器及外圍(方框313)、功能指示及操作接 口(方框314)等，各方框的主要作用和連接關系說明如下將外部待測的光電板組串的負極系接到圖中方框31，經由31內部極微小阻值的 電流檢測用電阻，可檢測到各組串電流的模擬信號，此信號以本實用新型為例，共有10組 信號，經由多任務分時切換的技巧，亦即分時處理每一個組串的電流信號，經由分時切換后 的信號通過方框32的倍率控制，可得到適當的直流準位，此信號再經由方框33將直流信號 轉變為正負半周對稱的交流信號，亦即使正負半周在振幅上及周期比例上完全相同，最后 再將此對稱化的交流信號，加到方框34進行各組串電能測量。方框36將各組串的電流并聯，得到總合的電流檢測信號，并經過倍率控制，可得 到適當的直流準位，此信號再經由方框37將此直流信號轉換為正、負半周對稱的交流信 號，然后加到方框38進行總合電能測量。外部光電板的正極電源接到方框35，經由電源轉換得到DC 12V、5V、3. 3V、_5V、_1V 等電壓，提供給各方框所示模塊所需的電源，同時光電板的正極電源經由適當的分壓，提供 給方框310做電壓模擬信號倍率控制及交流化處理，使得到適當振幅且周期比例對稱的交 流信號給方框34及方框3 8所示模塊的電能測量，使所述方框所示模塊能正確測量每一個 光電板組串及總合的當下發電功率(KW)及累積發電量(KWh)。方框313所示微處理器及外圍，為本實用新型的控制和計算中心，可以直接測量 310處理后的光電板電壓，也能接收方框34及方框38的各組及總合電能測量結果信號，這 些訊息經由方框313利用程序計算和運作，可在方框311IXD顯示及推動作用下，顯示所測 量及判斷結果的訊息，方框314所示模塊則可提供人機操作接口可讓信息及指示更容易表 現，其測量結果也可經由方框39所示RS-485通訊接口或方框312所示Zigbee無線通訊接 口與遠方監測控制中心聯機，以實現更多的附加功能，讓發電廠上每個組串光電板發電信 息透明化、數據化，實時掌握發電效率。[0060]以下詳述本實用新型太陽能光電板組串發電監測裝置各方框電路的動作原理及 作用如圖5的方框31，各光電板組串輸入電流檢測及分時切換電路，外部待測量光電 板發電組串的每一串負極，接到端子1到端子10，共10串的電流檢測回路，每一串回路都經 過一個檢測電阻后并接在一起，檢測電阻分別編號為R3、R5、R12、R17、R26、R32、R36、R37、 R39、R42，共10只，其阻值非常小，相當于20cm長的2. 0mm的銅線的阻值。每一回路的電流 經過檢測電阻便得到一個很微小的電流模擬電壓值，這個電壓值正比例于通過的電流值。 方框31中的Ul、U6、U9、U12、U15均為電子式模擬開關IC，經由C1 C10控制線的作用， 可分時取出每一組的電流模擬信號，例如，圖中C1為高(HI)電位，余C2 C10為低(Low) 電位，此時開關Ul的第一組模擬開關為導通，其余全斷開(OFF)，這時R3上的電壓便被切換 接到本功能方框圖所示的電流檢測信號輸出端，被加到下一級方框32做倍率控制及測量， 換言之，此時測量電路是測量組串1的電流，余組串2 10動作原理類推，只要控制C1 C10，便能測量每一組串的電流。C1 C10均直接由微處理器所控制，故能同步切換待測的 組串電流并多任務處理其相對應的各組串的電流、功率、發電量等信息。如圖5的方框32所示組串電流模擬信號倍率控制電路，圖中U3為運算放大器，組 串電流模擬信號由電阻R4、R8輸入，透過電阻R1及R9與電阻R4、R8適當的電阻比例設計， 可控制放大倍數，而得到適當的直流信號準位，圖中VR2為運算放大器U3的OFFSET偏壓歸 零之用，使當輸入組串的電流為0時，輸出為0V，輸入為滿刻度時如15A時，可得適當的電壓 準位如0. 15V的輸出，其目的在使用非常小的檢測電阻，使電流量測量過程幾乎無功率耗 損，但仍能保持很高的準確度和分辨率的測量表現。如圖5方框33所示組串電流模擬信號交流化處理電路，其電路結構主要是由運算 放大器U5和U8電子式模擬開關IC所組成，圖中電阻R2與R6電阻值相等，經由U8的C11 與C12的控制可改變U5為正相放大或反相放大器，其倍率都為1，故可得到振幅對稱，周期 比例相同的交流方波，其振幅與輸入待測的電壓相同，亦正比于待測試組串的電流，其目的 在能很寬廣的溫度范圍內因正負極性可互相補償抵減的作用，而有很穩定的測量表現。如圖5方框34所示各組串電能量測電路，圖中U4為電能測量處理IC，能將電流及 電壓相乘，并以脈沖信號方式輸出，電流信號來自方框33前所述之對稱化的交流信號，即 代表某一組串此時的測量值，另外電壓信號來自方框310，正比例于光電板發電電壓的對稱 化的交流信號，該交流信號即代表當下的光電板總并聯后的發電電壓，兩個對稱的交流信 號經由U4電能IC的相乘作用，可正比例輸出脈沖信號的脈沖數，即頻率。換言之，當兩者 信號為0或其中一個為0時，則無脈沖信號輸出，若兩者信號都以滿刻度最大值輸入，就會 有滿刻度最高的脈沖頻率輸出，由微處理器實時測量脈沖數，經由計算就可得到此時的功 率值(KW)，即電壓V和電流I的乘積，亦可由微處理器來累加其所產生的脈沖數，經由計算 和常數換算就可得到累積的發電量(KWh)。如圖6方框35所示光電板正極電源輸入及電源供應轉換電路，待測量光電板正極 并聯后，其總輸出電壓接到圖中P2的端子，此電壓一方面接到方框10，經分壓取出適當比 例的電壓值，做為測量光電板發電電壓的信號來源，另一方面此發電電壓極為不穩定，范圍 很寬廣，如本實用新型為70V 900V，且設計能從其中取得穩定且多組的電源提供給其他 各部份電路使用。其原理作用說明如下，利用一高壓二極管D5，自P2端取得發電的電壓，通過一小容量的保險絲F1，連同電容C22、電阻R43及可變電阻RV2、電感L7組成第一級保護， 保護雷擊或損壞時與發電板隔離勿造成影響或危險。二極管D2、D3、D7、D9、電阻R44、R50、 電解電容EC3、可變電阻RV1組成第二級高壓阻擋及限制保護電路，其中D9為一高壓穩壓二 極管，限制電壓輸出最高大約400V，Q1為一高壓MOS raT，用來阻擋超過400V以上的高電 壓，換言之，其輸出如RV1、電解電容EC3上的電壓，由于此電路的作用，電壓被限制在70V 400V之間。真正的電壓轉換是由U20及外圍如穩壓二極管ZD1、電阻R51、R45、電容C23、二 極管D10、變壓器T1、電容C26、電阻R60、電容C29等所組成，并由光電耦合器U22回饋穩壓 控制條件。其電壓穩定受控于電阻R69、R72、R65、R67及穩壓二極管SHR1的值，如本實用 新型主電源需5V的穩定電源，而其來自變壓器T1的其中一組線圈，并經由二極管D6、電解 電容EC1、電感L2、電解電容EC2、電容C21及二極管D8等的整流和濾波所得。另外變壓器 T1尚設計有一組線圈，經二極管D12整流電解電容EC4、電容C27的濾波可得到一組完全隔 離的12V電源，此電源經由方框39所示模塊的穩壓集成電路(IC)U25及其外圍濾波、穩壓 電路，可得到一隔離又穩定的5VA電源，提供給方框39所示RS-485光隔離通訊接口作用。本方框尚需提供-5V及-IV給線性電路使用，其主要是由U14切換式電容IC及電 感L1、電容C18、C19、C17、電阻R41、電容C20、二極管D4等所組成，U14可將輸入的+5V轉 換極性變成_5V，D4為發光二極管(LED)，利用其順向IV的電壓特性，取得大約-IV的電壓 值，給上述方框3 1所示模塊，如，供U1等模擬信號電子式開關IC之用。最后本方框的5V經由U26穩壓IC和電容C59、電容C40的濾波，可得穩定的3. 3V 電源，提供給方框3 12所示Zigbee無線模塊的工作電源。如圖5方框36各組串負極電源并聯輸出及倍率控制電路，在方框3 1中每一組串 的電流，經由檢測電阻并接在一起，接到電阻R23和電阻R27另外兩只非常低的總合電流檢 測用電阻后到N2輸出端子，而完成光電板組串負極并接的目的。各組串并接后的總合電流 在電阻R23與電阻R27 二只并聯的檢測電阻上得到總合電流模擬信號，該信號被運算放大 器U10倍率控制，其放大倍數決定于電阻R24與電阻R30的比值，可變電阻VR1則為運算放 大器U10的OFFSET歸零調整，其作用和目的和方框32相同。如圖5方框37所示模塊總合電流模擬信號交流化處理電路，其電路結構主要是由 運算放大器U11和U13電子式模擬開關IC所組成，圖中電阻R25與電阻R23阻值相同，其 動作原理和作用與方框33所示模塊的相同。如圖5方框38總合電能測量電路，圖中U2為電能測量處理IC，本能路系在測量總 合電流和總并聯后電壓之功率(KW)和累計發電量(KWh)之測量，其作用和方框34相同。如圖6方框310電壓模擬倍率控制及交流化處理電路，發電板的并聯后正極性電 壓自圖中P2點接入，由電阻R48、R53、R57和R64分壓，取得一適當比例的電壓值，量測該電 壓值可正比例于發電板的輸出電壓值。電阻R47、R52、R56的阻值與電阻R48、R53、R57都 相同，在印刷電路板布層(PCB layout)上電阻R48、R53、R57在印刷電路板(PCB)上的接 點，設計有兩個隔離保護環，其保護環分別接到電阻R47、R52、R56的接點上，增加分壓的準 確性和長久的穩定性。運算放大器U18配合電阻R59、R61及電容C28，共同起到高輸入阻抗 及濾波作用。U19和U8及外圍組成交流化電路，其作用和目的與方框33所示模塊相同，其 輸出為對稱振幅和周期的模擬交流信號，正比例于此時光電板的發電電壓，分別接到方框 34所示模塊及方框38所述模塊的電能測量IC的電壓輸入V2P端，使U4和U2能正確得到各組串及總合組串的當下發電功率(KW)和累計發電量(KWh)的信息。運算放大器U16及 電阻R54、R55、R49、電容C24等組成一適當的倍率控制，其輸出正比例于光電板發電電壓， 接到方框313所示模塊的PB1接腳，由微處理器U21內部的A/D轉換器直接測量該電壓值。如圖8方框313模塊的微處理器及外圍電路所示，本方框的微處理器U21內含運 作、計算等程序為本實用新型的控制中心，描述如下X2為高頻振蕩晶體，提供一個穩定的工作時基信號。X3為低頻32768振蕩晶體， 提供時間計算的基準信號源。電阻R73、電容C32為開機復位(RESET)電路，電阻R71為一 溫度檢測電阻和電阻R66、R70、電容C30共同組成一溫度檢測電路，微處理器U21量得電 阻R66與電阻R71的分壓電壓，便能計算出當下外圍溫度，做為溫度補償的依據。U17為記 憶IC，可儲存測量調整的參數外，還提供其他測量結果及累計電能等的數據，當關電再開電 時，儲存數據依仍保存不變。另外受微處理器U2 1控制的U24及U27，其輸出控制線C1 C10是用來分時同步 選擇測量光電板組串1 10，某一串光電板的發電數據，而C11及C12則是用來將測量信號 交流化，使上下周期對稱的控制線。亦即微處理器經由U24及U27的C1 C12控制線，可 以同步并主動選擇待測的組串，并對稱控制正、負半周的周期，使各組串及總合電力、電能 能穩定且對較寬的工作溫度范圍進行準確測量。微處理器U21亦能接收及處理方框314所示操作接口，由觸控IC TO并搭配 KEY1 KEY3等三只觸控鍵操作控制，并按此時的操作指示，點亮LD2 LD7 LED,再配合方 框311的U7推動LCD顯示屏，指示操作者當下所執行的內容。例如LD2目前電力，燈亮代 表此時LCD指示內容即為當下光電板的總合發電功率(KW)。LD3總發電量，燈亮代表此時 LCD指示內容為總累計發電量(KWh)。LD4效能，燈亮代表此時LCD指示內容為各組串的發電 效能(％ )和功率(W)。LD5設定，燈亮代表此時LCD指示設定參數內容，如效能判斷(％ ) 或監測串行數等。LD6背光指示燈，亦能閃爍當異常警示燈。LD7為雙色LED，當亮綠燈代表 各組串都發電正常，亮紅燈代表至少有一組串發電效能低于所設定的效能下限值，此時外 接異常指示燈也會跟著閃亮。LD1為發電量常數，當每發電累計到lWh的能量時，LD1閃亮 一下，當發電量愈大時，LD1閃亮的頻率就愈快，此信號亦能提供外部設備校正本監測器的 電能準確度之用。本實用新型為加強通訊功能，還設有如圖6RS-485通訊接口方框39所示模塊及無 線Zigbee通訊接口方框312所示模塊；其中方框39的U32為RS-485通訊IC，可長距離的 傳送信號，為增加安全性，該通訊IC獨立使用一組隔離的5VA電源，該電源與待測的光電板 發電電源完全隔離，其電源來自方框35所示模塊的變壓器T1的一組獨立線圈所感應的12V 電源，經由穩壓IC U25和外圍電容C35、C36、C37、C38穩壓成5VA，而RS-485的通訊信號 TXD和RXD信號及控制線等則經由圖中U28、U30、U31三只光電耦合器來達成，使方框313 所示微處理IC U21所測量的發電數據，經過方框39所示光電耦合器和RS-485 IC和外部 控制器在電器性隔離的條件下完成通訊目的。圖7所示方框312的電路，則是另一個通訊接口，使用一個Zigbee無線通訊模塊 來實現，該模塊使用電源為3. 3V，由方框3. 5所示模塊的U26 5V轉3. 3V穩壓IC所提供。方 框313圖中的電容C41 C44均為3. 3V電源濾波用電容，使穩定的電壓加到U29的Zigbee 模塊，該模塊的通訊信號線發送端(TXD)及接收端(RXD)直接接到方框313所示模塊微處
11理器U21的通訊腳，即圖中標示U21的PIN22、PIN 23腳，換言之由U21所測量的發電數據， 經由TXD及RXD信號線和Zigbee模塊U29,使能和外部控制器利用無線方式，完成通訊目 的。圖中發光二極管D13、D14作為通訊狀態指示，而U33則是提供使用觸控方式的二個設定 用輸入信號按鈕(BUTTON) 0及BUTTON 1，即使用手指接近圖中標示KEY5及KEY6的觸摸片， 即能設定Zigbee的通訊配對和通訊參數，讓本實用新型能順暢和外部控制器內的Zigbee 搜集器完成通訊設定，使本實用新型光電板組串發電的數據，實時可傳送到控制中心，達到 每串光電板發電信息透明化和提升發電效率及簡化太陽能電廠維護之目的。 上述實施例所揭，僅系本實用新型主要技術之例舉說明，并非用以限定本案技術 范圍，舉凡涉及等效應用或基于前項技術手段為簡易變更或置換者，均應視為本案技術范 圍，例如，組串監視的數量或電壓、電流監測范圍和外型尺寸變化等，均可簡易增減改變。以 上所述，僅為本實用新型的較佳實施例而已，并非用于限定本實用新型的保護范圍。
1權利要求一種太陽能光電板組串發電監測裝置，其特征在于，該發電監測裝置包含一片裝配用的底板、一片含有電源供應和多組發電回路監測的測量板、一片具有顯示操作和通訊的控制板，將所述三者結合成一體；所述底板設于最下層，并固定在密閉的箱體內或集中配電箱內，于所述底板上放置一片測量各組串電力信息及電源供應的測量板，其中電源供應來自電源端子座輸入而取得，而各組串的電力測量從光電板組串的負端端子座取得，所述測量板為監測由端子多個組串的每一組輸入電流及功率，而將多組電流匯合到電源端子座的負端輸出，光電板發電正極電源端子臺的正端則取自各組串的正端并聯后的總電壓，該電壓除被測量獲取電壓、功率、電能監測信息外，并能經由轉換提供所需的工作電源。
2.如權利要求1所述的太陽能光電板組串發電監測裝置，其特征在于，所述含有電源 供應和多組發電回路監測的測量板上設有RS-485通訊接口和異常狀態指示的外接端子。
3.如權利要求1所述的太陽能光電板組串發電監測裝置，其特征在于，所述具有顯示 操作和通訊的控制板為人機操作面板，并設有能夠輪流顯示所有測量及設定信息的液晶顯 示屏LCD，且于操作按鍵區設有多個可輪顯LCD信息及設定使用的觸控鍵。
4.如權利要求1或3所述的太陽能光電板組串發電監測裝置，其特征在于，所述具有顯 示操作和通訊的控制板設有Zigbee通訊模塊接口，并使用Zigbee無線方式及自動跳接所 組成的網絡。
5.如權利要求1所述的太陽能光電板組串發電監測裝置，其特征在于，所述發電監測 裝置的最上層裝設有一片防觸電透明面板。
6.如權利要求1所述的太陽能光電板組串發電監測裝置，其特征在于，所述密閉的箱 體或集中配電箱內設有保護開關及正極電源并聯及防逆裝置，以及匯集后連接到后端變流 器的輸出端子。
7.如權利要求1所述的太陽能光電板組串發電監測裝置，其特征在于，所述發電監測 裝置主要包括如下功能模塊各光電板組串輸入電流檢測及分時切換、組串電流模擬信號 倍率控制、組串電流模擬信號交流化處理、各組串電能測量、光電板正極電源輸入及電源供 應轉換、各組串負極電源并聯輸出及倍率控制、總合電流模擬信號交流化處理、總合電能測 量、RS-485通訊接口、電壓模擬信號倍率處理及交流化處理、IXD顯示及推動、Zigbee無線 通訊接口、微處理器及外圍、功能指示及操作接口。
8.如權利要求7所述的太陽能光電板組串發電監測裝置，其特征在于，所述發電監測 裝置外部待測的光電板組串的負極接到各光電板組串輸入電流檢測及分時切換電路，經由 其內部電流檢測用電阻，以檢測各組串電流的模擬信號，此多組信號經由多任務分時切換， 分時處理每一個組串的電流信號，經由分時切換后的信號通過各光電板組串輸入電流檢測 及分時切換電路的倍率控制，得到直流準位，再將直流信號轉變為正負半周對稱的交流信 號，最后再將此對稱化的交流信號加到各組串電能測量，而各組串負極電源并聯輸出及倍 率控制將各組串的電流并聯，得到總合的電流檢測信號，并經過倍率控制得到直流準位，該 信號再經由總合電流模擬信號交流化處理，將直流信號轉換為正負半周對稱的交流信號， 然后加到總合電能測量電路。
9.如權利要求7所述的太陽能光電板組串發電監測裝置，其特征在于，所述外部光電 板的正極電源接到光電板正極電源輸入及電源供應轉換，經由電源轉換得到直流12V、5V、 3. 3V、-5V或-IV的電壓，同時光電板的正極電源經由分壓，而進行電壓模擬信號倍率控制及交流化處理，而各光電板組串輸入電流檢測及分時切換電路，其外部待測量光電板發電 組串的每一串負極，依序接到匹配的端子，形成多串的電流檢測回路，而每一串回路都經過 一個檢測電阻后并接在一起。
10.如權利要求7所述的太陽能光電板組串發電監測裝置，其特征在于，所述組串電流 模擬信號倍率控制電路，包含一運算放大器，該組串電流模擬信號交流化處理電路的電路 結構進一步由運算放大器和電子式模擬開關集成電路IC所組成；又各組串電能量測電路 包含一電能測量處理IC，能將電流及電壓相乘，并以脈沖信號方式輸出，而其中多組光電板 串接后的負極接到光電板各組串的負極端子臺后，且使用電流檢測電阻并接到光電板各組 串總和端子臺的負極端子，以完成各組串負極電流并接及電流測量信號取得，所述源供應 直接來自待測光電板的發電電壓，其范圍在70V 900V之間，其中多組光電板串接后的負 極，每一回路都經過一個檢測電阻后并接在一起，每一回路的電流經過所述檢測電阻后，便 得到一個模擬電壓值，配合使用模擬開關IC，分時選擇某一串的發電電流信號，經放大及對 稱交流化處理，再送到電能IC，以轉換得到各組串功率及各組串分時累計發電量，再計算出 各組串的發電量百分比用，而組串電流模擬信號的交流處理電路，其電路結構是由運算放 大器和電子式模擬開關IC所組成。
專利摘要本實用新型公開一種太陽能光電板組串發電監測裝置，包含裝配底板、含有電源供應和多組發電回路監測的測量板及可顯示操作和通訊的控制板，將三者結合成一體以供設于太陽能光電板的發電集中箱，能夠測量各組串光電板的總和發電功率及總累計發電量，也能測量每個組串的發電功率，經由內建程序運算能在LCD上直接指示每個組串的發電功率及發電量效率，若有光電板低于發電效能的下限時，即會以紅燈指示；而總和及各組串的發電相關數據，除可從內建LCD輪流顯示，還可由RS-485或無線Zigbee接口搜集而進行遠距監控，便于判斷每一組串是否發電正常，并可快速定位有問題的光電板或故障回路，確保每一片光電板都在最佳狀況下發電。
文檔編號G01R21/00GK201583605SQ20092017436
公開日2010年9月15日 申請日期2009年12月23日 優先權日2009年12月23日
發明者李政良, 林獻章 申請人:齊碩科技股份有限公司